(57)【要約】【課題】  空気中に含まれる有機化合物等の不純物を効果的に除去して優れた電気的特性及び寿命特性を有し、かつ従来と同等の構成を有する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池１と、前記燃料電池から排出される熱及び水を利用して前記供給される酸化剤ガスを加熱及び加湿する全熱交換器１５とを備えた燃料電池システム１００であって、前記全熱交換器が、前記酸化剤ガスに含まれる不純物を除去可能に構成されている。【選択図】  図１ 
2005129494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される熱及び水を利用して前記供給される酸化剤ガスを加熱及び加湿する全熱交換器とを備えた燃料電池システムであって、
前記全熱交換器が、前記酸化剤ガスに含まれる不純物を除去可能に構成されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記全熱交換器が、前記除去した不純物を分解又は脱離可能な加熱装置を備えている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記全熱交換器が前記加熱及び加湿を全熱交換により行う全熱交換膜を有し、該全熱交換膜の、前記酸化剤ガスと接触する一方の主面に、前記不純物を除去する不純物除去層が形成されている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記供給される酸化剤ガスの前記加熱及び加湿に、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスを用いる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記供給される酸化剤ガスの前記加熱及び加湿に、前記燃料電池から排出される冷却水を用いる、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記不純物除去層が、多孔性吸着剤で構成されている、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記不純物除去層が、遷移金属が担持された多孔性吸着剤で構成されている、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記遷移金属が、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、ニッケル、鉄、銅、及び銀の内の少なくとも一つである、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記不純物除去層が、金属酸化物が担持された多孔性吸着剤で構成されている、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムの内の少なくとも一つである、請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記不純物除去層が、ゼオライトが担持された多孔性吸着剤で構成されている、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記ゼオライトが、モルデナイト、Ａ型−ゼオライト、ＭＦ型−ゼオライト、β型−ゼオライト、フォージャサイトの内の少なくとも一つである、請求項１１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記多孔性吸着剤が、活性炭又はシリカゲルで構成されている、請求項６乃至１２記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される熱及び水を利用して前記供給される酸化剤ガスを加熱及び加湿する全熱交換器とを用いる燃料電池システムの運用方法であって、
前記全熱交換器で前記酸化剤ガスに含まれる不純物を除去し、
前記不純物を分解又は脱離可能な加熱装置を用いて前記燃料電池の発電開始前又は発電停止前に前記不純物を除去した全熱交換器を加熱し、
前記加熱によって前記除去した不純物を前記全熱交換器から排出する、燃料電池システムの運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に、固体高分子型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガスによる地球温暖化や酸性雨等の影響により、地球規模での環境問題に対する関心が高まっている。そのため、電源開発の分野においては、高効率で、かつ炭酸ガスを排出しないクリ−ンなエネルギ−変換が可能な燃料電池システムに対する注目が集まっている。そして、種々ある燃料電池システムの中でも固体高分子型燃料電池システムに対する注目は高く、動作温度が低く、又、出力密度が高いため、民生用電源や自動車動力用電源等としての利用が期待されている。
【０００３】
ここで、従来の固体高分子型燃料電池システムの一例について、図面を参照しながら概説する。
【０００４】
図９は、従来の固体高分子型燃料電池システムの一例の構成を模式的に示すブロック図である。
【０００５】
図９に示すように、固体高分子型燃料電池システム３００は、固体高分子型燃料電池１と、都市ガス等の原料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器２と、改質器２を改質反応に必要な温度まで加熱するバーナー３と、固体高分子型燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器４と、固体高分子型燃料電池１から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気から水を回収する燃料側水回収器５と、空気（以下、酸化剤ガス）を固体高分子型燃料電池１に送出する空気供給装置６と、固体高分子型燃料電池１に供給する酸化剤ガスを加湿する酸化剤側加湿器７と、固体高分子型燃料電池１から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気から水を回収する酸化剤側水回収器８と、燃料側水回収器５及び酸化剤側水回収器８で回収した水を蓄える蓄水タンク９と、蓄水タンク９に蓄えた水を燃料側加湿器４及び酸化剤側加湿器７にそれぞれ送出する燃料側水ポンプ１０及び酸化剤側水ポンプ１１とを備えている。又、この固体高分子型燃料電池システム３００は、動作中発熱する固体高分子型燃料電池１を所定の温度に維持するための冷却水を蓄える蓄水タンク１２と、蓄水タンク１２に蓄えた前記冷却水を固体高分子型燃料電池１の内部に循環させる冷却用水ポンプ１４と、前記冷却水の熱を固体高分子型燃料電池システム３００の外部へ放出する冷却用放熱器１３とを備えて構成されている。
【０００６】
次に、従来の固体高分子型燃料電池システムの動作の一例について、図面を参照しながら概説する。
【０００７】
図９に示すように構成された固体高分子型燃料電池システム３００では、改質器２によって水素リッチなガスとなった燃料ガスは、燃料側加湿器４で、蓄水タンク９から燃料側ポンプ１０によって供給される水が用いられて加湿された後、固体高分子型燃料電池１に供給される。一方、酸化剤ガスは、空気供給装置６によって酸化剤側加湿器７に供給され、蓄水タンク９から酸化剤側ポンプ１１によって供給される水が用いられて加湿された後、固体高分子型燃料電池１に供給される。すると、固体高分子型燃料電池１では、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとが用いられて、発電が行われる。そして、固体高分子型燃料電池１から排出される、発電に用いられなかった燃料ガスは、燃料側水回収器５によって除湿された後、バーナー３に供給される。又、固体高分子型燃料電池１から排出される、発電に用いられなかった酸化剤ガスは、酸化剤側水回収器８によって除湿された後、空気供給装置６に供給される。尚、発電中に発熱する固体高分子型燃料電池１の温度を一定に維持するために、冷却用水ポンプ１４を作動させて、蓄水タンク１２内の冷却水を固体高分子型燃料電池１の内部に循環させる。これにより、固体高分子型燃料電池１の温度が一定に維持される。この際、温度上昇した冷却水は、冷却用放熱器１３によって冷却される。
【０００８】
尚、酸化剤ガスを所定の温度及び湿度に加温及び加湿する方法としては、燃料電池から排出される温度上昇した冷却水と酸化剤ガスとの間で全熱交換を行わせる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００９】
又、酸化剤ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物を除去する方法としては、空気供給装置の前後に前記不純物を除去するための不純物除去フィルター等を設ける方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３１２８２号公報
【特許文献２】特開２０００−３７２０号公報
【特許文献３】特開平８−１３８７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、固体高分子型燃料電池システムの利用が期待されている中、固体高分子型燃料電池システムを民生用電源や自動車動力用電源等の用途において実用化するためには、発電効率の更なる向上及び優れた寿命特性の達成が重要な課題となる。そして、これらの課題を解決するためには、酸化剤ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物が固体高分子型燃料電池の内部に供給されることを抑止することが有効な手段となる。
【００１１】
しかし、前述した、酸化剤ガスに含まれる前記有機化合物等の不純物を、空気供給装置の前後に前記有機化合物等を除去するための不純物除去フィルター等を設けることによって除去する方法を用いようとすると、前記空気供給装置の構造が複雑化し、更に、固体高分子型燃料電池システムの構造も複雑化する。この問題は、固体高分子型燃料電池システムの低価格化を阻害し、その結果、民生用電源や自動車動力用電源等の用途における固体高分子型燃料電池システムの実用化を困難にする。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、空気中に含まれる有機化合物等の不純物を効果的に除去して優れた電気的特性及び寿命特性を有し、かつ従来と同等の構成を有する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される熱及び水を利用して前記供給される酸化剤ガスを加熱及び加湿する全熱交換器とを備えた燃料電池システムであって、前記全熱交換器が、前記酸化剤ガスに含まれる不純物を除去可能に構成されている（請求項１）。
【００１４】
このような構成とすることにより、酸化剤ガスの加温及び加湿と、酸化剤ガスに含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物の除去とを、同時に行うことが可能になる。その結果、従来と同等の構成を有し、優れた電気的特性及び寿命特性を発現する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００１５】
前記全熱交換器が、前記除去した不純物を分解又は脱離可能な加熱装置を備えていても良い（請求項２）。
【００１６】
このような構成とすることにより、加熱装置により全熱交換器を加熱することで、全熱交換器の内部に残留した不純物を分解又は脱離させ、全熱交換器の不純物除去能を回復させることが可能になる。その結果、従来と同等の構成を有し、長期に渡り優れた電気的特性及び寿命特性を発現する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００１７】
又、前記全熱交換器が前記加熱及び加湿を全熱交換により行う全熱交換膜を有し、該全熱交換膜の、前記酸化剤ガスと接触する一方の主面に、前記不純物を除去する不純物除去層が形成されていても良い（請求項３）。
【００１８】
このような構成とすることにより、単純な構成によって空気中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物を除去することが可能になる。その結果、不純物を除去するための不純物除去フィルターを設ける必要が無くなる。
【００１９】
又、前記供給される酸化剤ガスの前記加熱及び加湿に、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスを用いても良い（請求項４）。
【００２０】
このような構成とすることにより、燃料電池から排出される酸化剤ガスは供給する酸化剤ガスを加熱するための十分な熱と、加湿するための十分な水分とを有しているため、供給する酸化剤ガスを所定の状態に調整することが可能になる。
【００２１】
又、前記供給される酸化剤ガスの前記加熱及び加湿に、前記燃料電池から排出される冷却水を用いても良い（請求項５）。
【００２２】
このような構成としても、燃料電池から排出される加熱された冷却水は供給する酸化剤ガスを加熱するための十分な熱と、加湿するための十分な水分とを有しているため、供給する酸化剤ガスを所定の状態に調整することが可能になる。
【００２３】
又、前記不純物除去層が、多孔性吸着剤で構成されていても良い（請求項６）。
【００２４】
このような構成とすることにより、空気中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物を効果的に除去することが可能になる。その結果、固体高分子型燃料電池システムの電気的特性及び寿命特性を効果的に改善することが可能になる。
【００２５】
又、前記不純物除去層が、遷移金属が担持された多孔性吸着剤で構成されていても良い（請求項７）。
【００２６】
このような構成とすることにより、空気中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物をより一層効果的に除去することが可能になる。その結果、固体高分子型燃料電池システムの電気的特性及び寿命特性をより一層効果的に改善することが可能になる。
【００２７】
又、前記遷移金属が、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、ニッケル、鉄、銅、及び銀の内の少なくとも一つであっても良い（請求項８）。
【００２８】
このような構成とすることにより、これらの遷移金属は比較的容易に入手することが可能であり、又、比較的安価であることから、全熱交換膜上に形成される不純物除去層を比較的安価に構成することが可能になる。その結果、全熱交換膜を比較的安価に構成することが可能になる。
【００２９】
又、前記不純物除去層が、金属酸化物が担持された多孔性吸着剤で構成されていても良い（請求項９）。
【００３０】
このような構成としても、空気中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物をより一層効果的に除去することが可能になる。その結果、固体高分子型燃料電池システムの電気的特性及び寿命特性をより一層効果的に改善することが可能になる。
【００３１】
又、前記金属酸化物が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化鉄、酸化銅、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウムの内の少なくとも一つであっても良い（請求項１０）。
【００３２】
このような構成としても、これらの金属酸化物は比較的容易に入手することが可能であり、又、比較的安価であることから、全熱交換膜上に形成される不純物除去層を比較的安価に構成することが可能になる。その結果、全熱交換膜を比較的安価に構成することが可能になる。
【００３３】
又、前記不純物除去層が、ゼオライトが担持された多孔性吸着剤で構成されていても良い（請求項１１）。
【００３４】
このような構成としても、空気中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物をより一層効果的に除去することが可能になる。その結果、固体高分子型燃料電池システムの電気的特性及び寿命特性をより一層効果的に改善することが可能になる。
【００３５】
又、前記ゼオライトが、モルデナイト、Ａ型−ゼオライト、ＭＦ型−ゼオライト、β型−ゼオライト、フォージャサイトの内の少なくとも一つであっても良い（請求項１２）。
【００３６】
このような構成としても、これらのゼオライトは比較的容易に入手することが可能であり、又、比較的安価であることから、全熱交換膜上に形成される不純物除去層を比較的安価に構成することが可能になる。その結果、全熱交換膜を比較的安価に構成することが可能になる。
【００３７】
又、前記多孔性吸着剤が、活性炭又はシリカゲルで構成されていても良い（請求項１３）。
【００３８】
このような構成とすることにより、これらの活性炭又はシリカゲルは容易に入手することが可能であり、又、安価であることから、全熱交換膜上に形成される不純物除去層をより一層安価に構成することが可能になる。その結果、全熱交換膜をより一層安価に構成することが可能になる。
【００３９】
又、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムの運用方法は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出される熱及び水を利用して前記供給される酸化剤ガスを加熱及び加湿する全熱交換器とを用いる燃料電池システムの運用方法であって、前記全熱交換器で前記酸化剤ガスに含まれる不純物を除去し、前記不純物を分解又は脱離可能な加熱装置を用いて前記燃料電池の発電開始前又は発電停止前に前記不純物を除去した全熱交換器を加熱し、前記加熱によって前記除去した不純物を前記全熱交換器から排出する（請求項１４）。
【００４０】
このような構成とすることにより、全熱交換器の内部に残留した不純物が定期的に分解又は脱離されるため、全熱交換器の不純物除去能を逐次回復させることが可能になる。その結果、固体高分子型燃料電池システムが長期に渡り安定した電気的特性及び寿命特性を発現するようになる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、空気中に含まれる有機化合物等の不純物を効果的に除去して優れた電気的特性及び寿命特性を有し、かつ従来と同等の構成を有する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体高分子型燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００４４】
先ず、本発明の実施の形態１に係る固体高分子型燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る固体高分子型燃料電池システム１００は、固体高分子型燃料電池１と、都市ガス等の原料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器２と、改質器２を改質反応に必要な温度まで加熱するバーナー３と、固体高分子型燃料電池１に供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器４と、固体高分子型燃料電池１から排出される燃料ガスに含まれる水蒸気から水を回収する燃料側水回収器５と、酸化剤ガスを固体高分子型燃料電池１に送出する空気供給装置６と、固体高分子型燃料電池１に供給する酸化剤ガスを加湿及び加温し、かつ酸化剤ガスに含まれる不純物を除去する不純物除去全熱交換器１５と、不純物除去全熱交換器１５から排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気から水を回収する酸化剤側水回収器８と、燃料側水回収器５及び酸化剤側水回収器８で回収した水を蓄える蓄水タンク９と、蓄水タンク９に蓄えた水を燃料側加湿器４に送出する燃料側水ポンプ１０とを備えている。
【００４６】
又、この固体高分子型燃料電池システム１００は、動作中発熱する固体高分子型燃料電池１を所定の温度に維持するための冷却水を蓄える蓄水タンク１２と、蓄水タンク１２に蓄えた前記冷却水を固体高分子型燃料電池１の内部に循環させる冷却用水ポンプ１４と、前記冷却水の熱を固体高分子型燃料電池システム１００の外部へ放出する冷却用放熱器１３とを備えて構成されている。
【００４７】
又、図１に示すように、不純物除去全熱交換器１５の後述する配管接続部ｂと固体高分子型燃料電池１の後述する酸化剤ガス用流路１ｂとを接続する配管の途中には、三方弁１６が配設されている。この三方弁１６は、不純物除去全熱交換器１５から排出される酸化剤ガスの供給先を、固体高分子型燃料電池１と、固体高分子型燃料電池システム１００の外部とに切り換えるために、前述した位置に配設されている。つまり、図１に示す固体高分子型燃料電池システム１００は、三方弁１６を操作することにより、不純物除去全熱交換器１５から排出される酸化剤ガスを固体高分子型燃料電池システム１００の外部（大気中）に放出することが可能に構成されている。
【００４８】
ここで、本発明を特徴付ける不純物除去全熱交換器１５の動作原理と、その構成とについて説明する。
【００４９】
先ず、本発明を特徴付ける不純物除去全熱交換器１５の動作原理について説明する。
【００５０】
図２は、本発明の実施の形態における不純物除去全熱交換器１５の動作原理を概念的に説明するための模式図である。尚、説明の便宜上、図２の左右方向を図面に示すように定義する。
【００５１】
図２に示すように、不純物除去全熱交換器１５の内部には、空気供給装置から送入される酸化剤ガスがここでは左から右へと通過する導入用流路Ｃと、固体高分子型燃料電池１から排出された酸化剤ガスがここでは右から左へと通過する排出用流路Ｄとが形成されている。そして、導入用流路Ｃと排出用流路Ｄとは、水素イオン伝導性高分子電解質膜Ｂ（全熱交換膜）によって隔離されている。この水素イオン伝導性高分子電解質膜Ｂの、導入用流路Ｃ側の表面には、窒素化合物や硫黄化合物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物を除去する不純物除去層Ａが形成されている。この不純物除去層Ａは、活性炭又はシリカゲル等の多孔性吸着剤、又は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、ニッケル、鉄、銅及び銀等の遷移金属の少なくとも一種類が担持された前記多孔性吸着剤、又は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化鉄、酸化カルシウム、酸化銅、及び酸化マグネシウム等の金属酸化物の少なくとも一種類が担持された前記多孔性吸着剤、又は、モルデナイト、Ａ型−ゼオライト、ＭＦ型−ゼオライト、β型−ゼオライト、及びフォージャサイト等のゼオライトの少なくとも一種類が担持された前記多孔性吸着剤によって構成されている。このような構成を有する図１に示す不純物除去全熱交換器１５では、図１に示す空気供給装置６から送入される酸化剤ガスが不純物除去層Ａに接触することによって、その酸化剤ガス中に含まれる不純物が不純物除去層Ａに吸着等され除去される。又、導入用流路Ｃの内部の酸化剤ガスと排出用流路Ｄの内部の酸化剤ガスとの間で全熱交換が行われ、その結果、導入用流路Ｃの内部の酸化剤ガスは所定の温度及び湿度に調整される。そして、不純物が除去され、かつ所定の温度及び湿度に調整された酸化剤ガスは、図１に示す固体高分子型燃料電池１に供給される。又、排出用流路Ｄの内部において全熱交換に用いられた酸化剤ガスは、図１に示す酸化剤側水回収器８に送出される。尚、図１に示す空気供給装置６から送入される酸化剤ガスに対する不純物除去及び全熱交換等の処理は、固体高分子型燃料電池システム１００の動作中において連続して行われる。
【００５２】
次に、この不純物除去全熱交換器１５の具体的構成について説明する。
【００５３】
図３は、本発明の実施の形態における不純物除去全熱交換器１５の構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【００５４】
図２及び図３に示すように、不純物除去全熱交換器１５は、供給される空気に対し各々不純物除去及び全熱交換等の処理を行う不純物除去全熱交換ユニット１５ａ〜１５ｄと、加熱によって不純物除去層Ａに吸着等された不純物を分解又は脱離し、不純物除去層Ａの機能を再生するための不純物除去層再生用加熱ヒータ１５ｅ及び１５ｆと、配管接続部ａ〜ｄとを有して構成されている。不純物除去全熱交換ユニット１５ａ〜１５ｄの各々の内部には、図２に模式的に示したように、ここでは図示されない所定の形状（ジグザグ状）に引き回された導入用流路と排出用流路とが、図示されない不純物除去層を有する水素イオン伝導性高分子電解質膜によって隔てられるようにして形成されている。そして、不純物除去全熱交換ユニット１５ａ〜１５ｄは、前記導入用流路と排出用流路とが各々直列に接続されるようにして積層されている。尚、複数接続された導入用流路の導入側の端は、配管接続部ａに接続されている。又、導入用流路の排出側の端は、配管接続部ｂに接続されている。更に、複数接続された排出用流路の導入側の端は、配管接続部ｃに接続されている。又、排出用流路の排出側の端は、配管接続部ｄに接続されている。これらの配管接続部ａ〜ｄによって、不純物除去全熱交換器１５は外部機器と接続されている。又、不純物除去全熱交換ユニット１５ａ〜１５ｄの両端面には、不純物除去層再生用加熱ヒータ１５ｅ及び１５ｆが着設されている。不純物除去全熱交換ユニット１５ａ〜１５ｄ及び不純物除去層再生用加熱ヒータ１５ｅ及び１５ｆが前述の如くして積層されることによって、不純物除去全熱交換器１５は所定の機能を発揮するように構成されている。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態１に係る固体高分子型燃料電池システムの基本的な動作について、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
図１に示すように構成された固体高分子型燃料電池システム１００では、改質器２によって、例えば都市ガスが改質されることにより、水素リッチな燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料側加湿器４で、蓄水タンク９から燃料側水ポンプ１０によって供給される水が用いられて加湿された後、固体高分子型燃料電池１に送り込まれる。固体高分子型燃料電池１に送り込まれた燃料ガスは、固体高分子型燃料電池１の内部に設けられている燃料ガス用流路１ｃを通過し、その後、燃料側水回収器５に送り込まれる。燃料側水回収器５に送り込まれ、固体高分子型燃料電池１から排出された発電に用いられなかった燃料ガスは、燃料側水回収器５によって除湿される。燃料側水回収器５によって燃料ガスから得られた水は、蓄水タンク９に蓄えられる。又、除湿された燃料ガスは、ここでは、バーナー３に供給され、バーナー３での燃焼に用いられる。
【００５７】
一方、酸化剤ガスは、空気供給装置６によって配管接続部ａを通過して不純物除去全熱交換器１５のここでは図示されない導入用流路に送り込まれる。不純物除去全熱交換器１５に送り込まれた前記酸化剤ガスは、不純物除去全熱交換器１５に設けられているここでは図示されない不純物除去層で不純物が除去され、かつ後に固体高分子型燃料電池１から排出される酸化剤ガスとの全熱交換により加温及び加湿された後、配管接続部ｂ及び三方弁１６を通過して固体高分子型燃料電池１に送り込まれる。尚、三方弁１６は、通常時は酸化剤ガスの供給先が固体高分子型燃料電池１となるように切り換えられている。固体高分子型燃料電池１に送り込まれた酸化剤ガスは、固体高分子型燃料電池１の内部に設けられている酸化剤ガス用流路１ｂを通過する。この際、酸化剤ガス用流路１ｂを通過する酸化剤ガスと燃料ガス用流路１ｃを通過する燃料ガスとが用いられ、それにより発電が行われる。酸化剤ガス用流路１ｂを通過し、固体高分子型燃料電池１から排出された発電に用いられなかった酸化剤ガスは、配管接続部ｃを通過して不純物除去全熱交換器１５のここでは図示されない排出用流路に送り込まれる。不純物除去全熱交換器１５に送り込まれ、全熱交換に用いられなかった酸化剤ガスは、酸化剤側水回収器８に送り込まれる。そして、前記酸化剤ガスは酸化剤側水回収器８によって除湿される。尚、酸化剤側水回収器８によって得られた水は、蓄水タンク９に蓄えられる。又、除湿された酸化剤ガスは、ここでは、空気供給装置６に戻される。
【００５８】
又、固体高分子型燃料電池１において発電が行われている間、固体高分子型燃料電池１は発熱する。そこで、固体高分子型燃料電池１の温度を一定に維持するために、冷却用水ポンプ１４を動作させて、蓄水タンク１２に蓄えた冷却水を固体高分子型燃料電池１の内部に設けられた冷却水用流路１ａを通過するように循環させる。つまり、前記冷却水は、冷却用水ポンプ１４が動作することにより蓄水タンク１２から固体高分子型燃料電池１の内部に形成されている冷却水用流路１ａを通過し、その後、再び蓄水タンク１２に戻るように移動する。尚、固体高分子型燃料電池１の発熱により温度上昇し蓄水タンク１２に戻された冷却水は、冷却用放熱器１３によって所定の温度に冷却される。
【００５９】
以上、固体高分子型燃料電池システム１００が上述の如く動作することによって、固体高分子型燃料電池１のここでは図示されない出力端子には、所定の電圧が発生する。そして、使用者は、固体高分子型燃料電池システム１００に設けられ、固体高分子型燃料電池１の前記出力端子と電気的に接続された外部接続端子と、電子機器等の電源端子とを電気的に接続することによって、その電子機器等を正常に動作させることが可能になる。
【００６０】
このように、上記の如く構成された固体高分子型燃料電池システム１００では、動作中に空気供給装置６から供給される酸化剤ガスは、不純物除去全熱交換器１５によって所定の加温及び加湿状態とされる。又、同時に、酸化剤ガス中に含まれている窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物、又は、その他の有機化合物等の不純物が効果的に除去される。そして、所定の加湿及び加温状態とされかつ不純物が十分に除去された良質の酸化剤ガスが、固体高分子型燃料電池１に供給される。一方、不純物除去層再生用加熱ヒータ１５ｅ及び１５ｆによって必要に応じて不純物除去全熱交換器１５を加熱することでその内部に残留した不純物を分解又は脱離させることが可能であり、不純物除去全熱交換器１５の不純物除去能を逐次回復させることが可能になる。尚、この際、加熱により不純物除去全熱交換器１５において生成する不純物の分解生成物、又は脱離した不純物は、図１に示す三方弁１６が、酸化剤ガスの供給先が固体高分子型燃料電池システム１００の外部となるよう切り換え操作されることにより、空気供給装置６から供給される酸化剤ガスと共に固体高分子型燃料電池システム１００の外部に放出される。これにより、加熱によって生成した不純物の分解生成物、又は脱離した不純物が固体高分子型燃料電池１内に混入することが阻止されるので、固体高分子型燃料電池１の前記分解生成物又は脱離した不純物による性能劣化を効果的に防止することが可能になる。その結果、従来と同等の構成を有し、かつ長期に渡り優れた電気的特性及び寿命特性を発現する安価な固体高分子型燃料電池システムを提供することが可能になる。
【００６１】
尚、以上説明した本発明の実施の形態１においては、全熱交換膜として水素イオン伝導性高分子電解質膜を採用した場合の態様について説明したが、本発明の燃料電池システムに採用される全熱交換膜は上記水素イオン伝導性高分子電解質膜に限定されず、全熱交換膜として機能する膜であれば多孔性の膜を用いても良い。又、上述した水素イオン伝導性高分子電解質膜や多孔性の膜の他であっても、全熱交換膜として機能する膜であれば、如何なる膜を用いても良い。ここで、「全熱交換膜として機能する膜」とは、全熱交換能を有する膜であって、かつ固体高分子型燃料電池に供給する酸化剤ガスの品質を低下させない膜をいう。より具体的には、水及び熱は透過するが固体高分子型燃料電池の発電動作を阻害する化学種等の不純物は透過せず、かつ全熱交換の際に固体高分子型燃料電池に供給する酸化剤ガスの酸素分圧の変動値を固体高分子型燃料電池の発電性能を低下させない程度の変動値にすることが可能な膜をいう。このような性能を有する膜であれば、如何なる膜であっても全熱交換膜として用いることが可能であり、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００６２】
（実施例１）
図４は、実施例１における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。尚、図４において、曲線Vａは２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合、曲線Vｂは不純物除去層を加熱しなかった場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。又、曲線Vｃは不純物除去層を用いなかった場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。
【００６３】
先ず、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムにおける固体高分子型燃料電池の作成方法について説明する。
【００６４】
本実施例における固体高分子型燃料電池では、３０ｎｍの平均一次粒子径を持つ導電性カーボン粒子であるケッチェンブラックＥＣ（オランダ国、ＡＫＺＯ Ｃｈｅｍｉｅ社製）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を５０重量％担持したものを、空気極側の触媒担持粒子とした。一方、前記ケッチェンブラックＥＣに平均粒径約３０Åの白金粒子とルテニウム粒子とをそれぞれ２５重量％担持したものを燃料極側の触媒担持粒子とした。そして、前記各触媒担持粒子に各々水を加えた後、各々に水素イオン伝導性高分子電解質のエタノ−ル分散液（旭硝子社製フレミオン）を混合して攪拌し、前記各々の触媒担持粒子の表面を前記水素イオン伝導性高分子電解質で被覆して触媒層用インクを作成した。尚、前記水素イオン伝導性高分子電解質には９重量％濃度のパーフルオロカーボンスルホン酸のエタノール分散液を用いた。又、前記水素イオン伝導性高分子電解質の導入量は、触媒を担持した導電性カーボン粒子の重量に対して８０重量％とした。又、前記水を加えた理由は、前記触媒によって水素イオン伝導性高分子電解質の溶媒の燃焼を防止するためである。従って、前記加えた水の量については触媒全体が湿潤する程度であれば十分であり、その量は特に限定する必要はないが、ここでは触媒の重量に対して３倍の水を加えることとした。そして、以上の如く作製した両極の触媒層用インクを、形成後の反応電極中に含まれる貴金属重量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるように調整した後に、各々ポリテトラフルオロエチレン基材の表面にバーコーターを用いて塗布した。そして、塗布された触媒用インクを、外寸２０ｃｍ×３２ｃｍの水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製ナフィオン１１２）に各々熱転写し、更に１４０℃で１０分間熱処理を行うことによって固着させた。以上の操作により、触媒層を有する水素イオン伝導性高分子電解質膜を作成した。
【００６５】
一方、電極におけるガス拡散層を作成する際には、先ず、ガス拡散層基材を撥水処理した。具体的には、外寸１６ｃｍ×２０ｃｍ、厚み２７０μｍのガス拡散層基材であるカーボンペーパー（東レ製、ＴＧＰ−Ｈ−９０）をフッ素樹脂含有の水性ディスパージョン（ダイキン工業製、ネオフロンＮＤ１）に含浸した後、これを乾燥し、更に３５０℃で３０分加熱することによって撥水性を与えた。そして、撥水性が付与されたカーボンペーパーの一方の面に、導電性カーボン粉末（電気化学社製アセチレンブラック）と、ＰＴＦＥ微粉末を分散させた水溶液（ダイキン工業製Ｄ−１）とを混合した撥水カ−ボン層インクを、ドクターブレードを用いることによって塗布し、更に３００℃で３０分間熱処理することにより、ガス拡散層を作成した。
【００６６】
電極電解質膜接合体（以下、ＭＥＡ）は、前述したガス拡散層を二枚用いて、撥水性が付与されたカーボンペーパーの前記撥水カーボン層インクが塗布されていない他方の面が前記触媒層を有する水素イオン伝導性高分子電解質膜に接するようにして両側からホットプレスで圧着することによって得た。尚、この際の前記ホットプレスのプレス条件は、１２０℃−１０ｋｇ／ｃｍ2とした。
【００６７】
ＭＥＡを作成した後、その作成したＭＥＡの水素イオン伝導性高分子電解質膜の外周部にガスケットを接合し、更に、そのガスケットに冷却水と燃料ガス及び酸化剤ガス通過用のマニホールド穴を形成した。そして、外寸２０ｃｍ×３２ｃｍ、厚み２．０ｍｍ、ガス流路及び冷却水流路の深さが１．０ｍｍの樹脂含浸黒鉛板からなるセパレータを準備し、このセパレータ二枚を用い、ＭＥＡの一方の面に酸化剤ガス用流路が形成されたセパレータを、他方の面に燃料ガス用流路が形成されたセパレータを重ね合わせることによって単位電池を構成した。更に、この単位電池を連続して１００段積層し、その両端部にステンレス製の集電板と電気絶縁材料の絶縁板を設け、端板と締結ロッドを用いて固定することによって、固体高分子型燃料電池を構成した。尚、前記締結ロッドによる締結圧は、セパレータの面積当たり１０ｋｇ／ｃｍ2とした。
【００６８】
次に、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムにおける不純物除去全熱交換器の作成方法について説明する。
【００６９】
不純物除去全熱交換器には、不純物除去層として繊維状のフェノール系活性炭シート（クラレ社製クラクティブＣＨ）を用いた。又、水素イオン伝導性高分子電解質膜には、燃料電池部で用いた物と同様である水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製ナフィオン１１２）を用いた。そして、前記活性炭シートを前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の片面に、ホットプレスを用いることによって接合した。尚、この際の前記ホットプレスのプレス条件は、１００℃−１０ｋｇ／ｃｍ2とした。そして、このようにして作成した不純物除去層を有する水素イオン伝導性高分子電解質膜を、樹脂含浸黒鉛板に所定の形状の導入用流路及び排出用流路を形成したセパレータによって両側から挟持して、一単位の不純物除去全熱交換ユニットを作成した。不純物除去全熱交換器は、ここでは、前記不純物除去全熱交換ユニットを連続的に４０段積層することによって構成した。更に、この不純物除去全熱交換器の外周部全体に、不純物除去層再生用加熱ヒータを着設した。この不純物除去層再生用加熱ヒータは、不純物除去層の不純物吸着能が飽和吸着量に達した場合、又は、固体高分子型燃料電池システムの発電運転の開始前又は発電運転の停止前等に通電され、不純物除去全熱交換器の温度を約１２０℃に加熱する。この加熱によって、不純物除去層中の不純物を分解又は脱離し、その脱離した不純物又は不純物の分解生成物を、三方弁を介して固体高分子型燃料電池システム系外に排出する。このような構成により、不純物除去層の不純物除去能を再生する。又、固体高分子型燃料電池の脱離した不純物又は不純物の分解生成物による性能劣化を防止する。尚、固体高分子型燃料電池に供給する酸化剤ガスは前記水素イオン伝導性高分子電解質膜上に形成した不純物除去層側の導入用流路に、又、前記燃料電池より排出される酸化剤ガスは前記水素イオン伝導性高分子電解質膜に直接接触する側の排出用流路に流した。
【００７０】
本実施例による固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験では、上記の如く作成した固体高分子型燃料電池と不純物除去全熱交換器とその他の必要部材とを用い、各々に必要なガスマニホールドを配管及び接合することによって得られる固体高分子型燃料電池システムを利用した。そして、電池寿命試験は、固体高分子型燃料電池の本体を、冷却水を流すことによって７５℃に保持して、燃料ガスには改質ガスを模擬したガス（水素濃度８０％、二酸化炭素濃度２０％、一酸化炭素濃度２０ｐｐｍ）を、又、酸化剤ガスには、ブロアーを用いて供給される空気（外気）を用いて実施した。又、燃料ガス利用率（Ｕｆ）を７０％、空気利用率（Ｕｏ）を４０％として、本実施例に係る固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験を行った。その結果、図４に示すように、２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の電池寿命特性（曲線Vａ）は、不純物除去層を加熱しなかった場合の電池寿命特性（曲線Vｂ）よりも良好であることが判明した。又、不純物除去層を用いなかった場合の電池寿命特性（曲線Vｃ）は、前記二つの電池寿命特性よりも著しく劣ることが判明した。
【００７１】
（実施例２）
図５は、実施例２における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。尚、図５において、曲線VIａは２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。又、曲線VIｂは不純物除去層を用いなかった場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。尚、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムは、実施例１における不純物除去層を除く固体高分子型燃料電池システムと同様である。従って、固体高分子型燃料電池の作成方法及び寿命試験の試験方法等に関する説明は省略する。以下、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムの不純物除去全熱交換器における不純物除去層の作成方法について説明する。
【００７２】
不純物除去層を形成するために、本実施例では粉末状活性炭（クラレケミカル社製クラレコール）と、水素イオン伝導性高分子電解質のエタノール分散液（旭硝子社製フレミオン）とを混合して攪拌し、不純物除去層用インクを調製した。このとき、水素イオン伝導性高分子電解質が前記粉末活性炭の重量に対して５０重量％の組成比となるように調製した。そして、前記不純物除去層用インクを、ポリテトラフルオロエチレン基材上に前記粉末状活性炭の重量が１．０ｍｇ／ｃｍ2となるように調整してバーコーターを用いて塗布した。その後、ポリテトラフルオロエチレン基材上に塗布された前記不純物除去層用インクを水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製ナフィオン１１２）の片面に熱転写し、更に１４０℃で１０分間熱処理を行い固着させた。尚、上記以外については実施例１と同様の方法で不純物除去全熱交換器を作成した。そして、本実施例に係る固体高分子型燃料電池システムを用いて電池寿命試験を行った結果、図５に示すように、２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の電池寿命特性（曲線VIａ）は、不純物除去層を用いなかった場合の電池寿命特性（曲線VIｂ）と比べて飛躍的に改善していることが判明した。
【００７３】
（実施例３）
図６は、実施例３における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。尚、図６において、曲線VIIａは２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。又、曲線VIIｂは不純物除去層を用いなかった場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。尚、本実施例においても実施例１と異なる点は不純物除去層の作成方法のみである。従って、以下、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムの不純物除去全熱交換器における不純物除去層の作成方法について説明する。
【００７４】
不純物除去層を形成するために、本実施例では粉末状活性炭（クラレケミカル社製クラレコール）とモルデナイト（東ソー製ＨＳＺ−６９０ＨＯＡ）と水素イオン伝導性高分子電解質のエタノール分散液（旭硝子社製フレミオン）とを混合して攪拌し、不純物除去層用インクを調製した。このとき、モルデナイトが前記粉末活性炭の重量に対して３０重量％の組成比となるように調製した。又、水素イオン伝導性高分子電解質が前記粉末状活性炭とモルデナイトとの総和重量に対して５０重量％の組成比となるように調製した。そして、前記不純物除去層用インクを、ポリテトラフルオロエチレン基材上に前記粉末状活性炭とモルデナイトとの重量和が１．４ｍｇ／ｃｍ2となるように調整してバーコーターを用いて塗布した。その後、ポリテトラフルオロエチレン基材上に塗布された前記不純物除去層用インクを水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製ナフィオン１１２）の片面に熱転写し、更に１４０℃で１０分間熱処理を行い固着させた。尚、上記以外については実施例１と同様の方法で不純物除去全熱交換器を作成した。そして、本実施例に係る固体高分子型燃料電池システムを用いて電池寿命試験を行った結果、図６に示すように、２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の電池寿命特性（曲線VIIａ）は、不純物除去層を用いなかった場合の電池寿命特性（曲線VIIｂ）と比べて飛躍的に改善していることが判明した。
【００７５】
（実施例４）
図７は、実施例４における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。尚、図７において、曲線VIIIａは２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。又、曲線VIIIｂは不純物除去層を用いなかった場合の固体高分子型燃料電池の起電力を経時的に示している。尚、本実施例においても実施例１と異なる点は不純物除去層の作成方法のみである。従って、以下、本実施例で用いた固体高分子型燃料電池システムの不純物除去全熱交換器における不純物除去層の作成方法について説明する。
【００７６】
本実施例では、不純物除去層を、粉末状活性炭（クラレケミカル社製クラレコール）と白金と水素イオン伝導性高分子電解質とからなる混合物によって構成した。具体的には、塩化白金酸水溶液を、前記粉末状活性炭を懸濁させた水溶液の中に溶解させた後、この懸濁液にアルカリを添加して中和することによってＰｔ（ＯＨ）4を前記粉末状活性炭に担持させた。そして、このように調製した前記懸濁液について濾過及び水洗を繰り返して不純物の除去を行った。この後、得られた粉末状活性炭を水素ガス等の還元雰囲気中で加熱処理し、これによって白金微粒子を粉末状活性炭に担持した。更に、白金微粒子が担持された前記粉末状活性炭と、前述の水素イオン伝導性高分子電解質のエタノール分散液（旭硝子社製フレミオン）とを混合して攪拌し、不純物除去層用インクを調製した。このとき、水素イオン伝導性高分子電解質が前記粉末状活性炭の重量に対して５０重量％の組成比となるように調製した。そして、前記不純物除去層用前記インクを、ポリテトラフルオロエチレン基材上に前記粉末状活性炭の重量が１．０ｍｇ／ｃｍ2となるように調整してバーコーターを用いて塗布した。その後、ポリテトラフルオロエチレン基材上に塗布された前記不純物除去層用インクを水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製ナフィオン１１２）の片面に熱転写し、更に１４０℃で１０分間熱処理を行い固着させた。尚、上記以外については実施例１と同様の方法で不純物除去全熱交換器を作成した。そして、本実施例に係る固体高分子型燃料電池システムを用いて電池寿命試験を行った結果、図７に示すように、２００時間毎に不純物除去層再生用加熱ヒータで不純物除去層を加熱した場合の電池寿命特性（曲線VIIIａ）は、不純物除去層を用いなかった場合の電池寿命特性（曲線VIIIｂ）と比べて飛躍的に改善していることが判明した。
【００７７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における固体高分子型燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００７８】
本実施の形態では、不純物除去全熱交換器１５において酸化剤ガスとの全熱交換の対象となる流体に、固体高分子型燃料電池１から排出される冷却水が用いられる。つまり、不純物除去全熱交換器１５の排出用流路Ｄ（図２参照）の上流側の端である配管接続部ｃが固体高分子型燃料電池１の冷却水用流路１ａの下流側の端に配管を通じて接続され、不純物除去全熱交換器１５の排出用流路Ｄ（図２参照）の下流側の端である配管接続部ｄが蓄水タンク１２に接続されている。そして、固体高分子型燃料電池１の酸化剤ガス流路１ｂの下流側の端が、配管を通じて酸化剤側水回収器８に接続されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
【００７９】
このように構成された本実施の形態の固体高分子型燃料電池システム２００では、不純物除去全熱交換器１５において、酸化剤ガスが固体高分子型燃料電池１を冷却した後の冷却水と全熱交換される。従って、酸化剤ガスを加熱する熱源として固体高分子型燃料電池１で発電中に発生し冷却水により回収された熱が用いられるので、発電に伴う熱の有効利用が図られる。
【００８０】
又、不純物除去全熱交換器１５には固体高分子型燃料電池１から排出される酸化剤ガスを加湿するのに十分な冷却水が供給されるため、空気供給装置６から供給された酸化剤ガスと前記冷却水との間の全熱交換はより一層確実に行われる。
【００８１】
尚、以上の説明では、不純物除去全熱交換器と固体高分子型燃料電池とが分離した形態を示したが、不純物除去全熱交換器を固体高分子型燃料電池に内蔵、又は、着設させても良い。このようにすることによって、不純物除去全熱交換器と固体高分子型燃料電池とを接続する配管を省略することが可能になり、その結果、固体高分子型燃料電池システムを小型化することが可能になる。又、以上の説明では、固体高分子型燃料電池システムについての一例を挙げて説明したが、その他の形式の燃料電池システムであっても、本発明を実施又は応用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る固体高分子型燃料電池システム及びその運用方法は、空気中に含まれる有機化合物等の不純物を効果的に除去して優れた電気的特性及び寿命特性を有し、かつ従来と同等の構成を有する安価な固体高分子型燃料電池システム及びその運用方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１における固体高分子型燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における不純物除去全熱交換器の動作原理を概念的に説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における不純物除去全熱交換器の構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施例１における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図５】実施例２における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図６】実施例３における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図７】実施例４における固体高分子型燃料電池システムの電池寿命試験の試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２における固体高分子型燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】従来の固体高分子型燃料電池システムの一例の構成を模式的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  固体高分子型燃料電池
１ａ  冷却水用流路
１ｂ  酸化剤ガス用流路
１ｃ  燃料ガス用流路
２  改質器
３  バーナー
４  燃料側加湿器
５  燃料側水回収器
６  空気供給装置
７  酸化剤側加湿器
８  酸化剤側水回収器
９  蓄水タンク
１０  燃料側水ポンプ
１１  酸化剤側水ポンプ
１２  蓄水タンク
１３  冷却用放熱器
１４  冷却用水ポンプ
１５  不純物除去全熱交換器（全熱交換器）
１６  三方弁
１５ａ〜１５ｄ  不純物除去全熱交換ユニット
１５ｅ，１５ｆ  不純物除去層再生用加熱ヒータ
１００〜３００  固体高分子型燃料電池システム
ａ〜ｄ  配管接続部
Ａ  不純物除去層
Ｂ  水素イオン伝導性高分子電解質膜
Ｃ  導入用流路
Ｄ  排出用流路
【図１】
2005129494.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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